Come migliorare la resistenza agli agenti atmosferici delle vernici in polvere grazie agli antiossidanti e agli stabilizzatori della luce?
Con il rapido sviluppo dell'economia nazionale, l'applicazione della vernice in polvere all'esterno sta diventando sempre più comune. Pertanto, anche la resistenza agli agenti atmosferici e la durata del rivestimento in polvere come protezione e decorazione ricevono un'attenzione sempre maggiore, soprattutto per quanto riguarda il film di rivestimento di articoli per interni ed esterni come soffitti, pannelli per facciate continue, fontanelle, condizionatori d'aria, lavatrici, profili in alluminio, ecc.
I fattori che influenzano la resistenza agli agenti atmosferici delle vernici in polvere sono molteplici: fattori interni, come la struttura e le prestazioni delle resine, degli agenti indurenti, delle cariche coloranti e di altri additivi; e fattori naturali (fattori esterni), come l'effetto della luce solare (soprattutto UV), la composizione dell'atmosfera (ossigeno, ozono, fumi industriali, ecc.), l'umidità (comprese le piogge acide, la nebbia salina, ecc.), le variazioni di temperatura, ecc.
Le radiazioni ultraviolette sono la causa principale dell'invecchiamento naturale delle vernici in polvere e l'ossigeno presente nell'atmosfera è un fattore importante per promuovere l'invecchiamento naturale. Sotto l'azione dei raggi UV e dell'ossigeno, si innesca una reazione di ossidazione automatica del rivestimento in polvere, ovvero una reazione a catena di ossidazione che degrada il rivestimento in polvere. L'acqua e il calore accelerano questa reazione e contribuiscono a promuovere la foto-ossidazione.
Durante il processo di formazione, il film di rivestimento in polvere presenta legami a catena deboli e catene macromolecolari a struttura dienica, che sono soggette alla reazione di degradazione ossidativa fotoindotta (invecchiamento) dopo l'irradiazione UV, con conseguente sbiadimento e sfarinamento del film di rivestimento.
Per inibire o rallentare la foto-ossidazione del film di rivestimento, di solito si ricorre all'aggiunta di antiossidanti, assorbitori UV o stabilizzatori della luce o a una miscela dei tre.
Ricerca sull'applicazione degli antiossidanti
Dal meccanismo della degradazione termica dei polimeri da parte dell'ossigeno, è noto che la degradazione termica dei polimeri da parte dell'ossigeno è causata principalmente dall'insorgere di reazioni radicali a catena innescate dalla generazione di radicali liberi dagli idroperossidi per effetto del calore.
Pertanto, la degradazione termica da ossigeno dei polimeri può essere inibita mediante l'intrappolamento dei radicali e la decomposizione dell'idroperossido, come illustrato nella Figura 1. Tra questi, gli antiossidanti sono ampiamente utilizzati per l'inibizione dell'ossidazione.
Gli antiossidanti (o stabilizzatori termici) sono additivi utilizzati per inibire o ritardare la degradazione dei polimeri per azione dell'ossigeno o dell'ozono presenti nell'atmosfera e sono gli additivi più utilizzati nei materiali polimerici.
I rivestimenti in polvere sono soggetti alla degradazione termica dell'ossigeno dopo la cottura ad alte temperature o alla luce del sole, all'invecchiamento, all'ingiallimento e ad altri fenomeni che compromettono seriamente l'aspetto e le prestazioni del prodotto; per prevenire o ridurre il verificarsi di questa tendenza, di solito si ricorre all'aggiunta di antiossidanti o stabilizzatori termici.
Gli antiossidanti possono essere suddivisi in tre categorie principali in base alla loro funzione (cioè il comportamento di intervento del processo chimico di ossidazione automatica).
La prima categoria è quella degli antiossidanti terminali di catena, che catturano o eliminano principalmente i radicali liberi generati dall'auto-ossidazione dei polimeri.
La seconda categoria è denominata antiossidanti di tipo decompositore di idroperossidi, principalmente per indurre una decomposizione di tipo non radicale degli idroperossidi nei polimeri.
La terza categoria è quella degli antiossidanti di tipo passivatore di ioni metallici, che possono formare un chelato stabile con gli ioni metallici dannosi, attenuando così l'effetto catalitico degli ioni metallici sul processo di auto-ossidazione dei polimeri.
Il primo dei tre tipi di antiossidanti è chiamato antiossidante principale, principalmente bloccanti fenolici, ammine seco-aromatiche; la seconda e la terza categoria sono chiamate antiossidanti ausiliari, fosfito, sali metallici ditiocarbammati, ecc. Per ottenere un rivestimento stabile che soddisfi i requisiti applicativi, di solito si sceglie una varietà di composti antiossidanti.
Il test seguente utilizza diversi composti antiossidanti aggiunti alla formulazione del rivestimento in polvere; dopo la spruzzatura e l'indurimento, il campione viene realizzato e il valore b viene misurato nello stesso spessore del film con un colorimetro; il colore del film di rivestimento viene valutato utilizzando il sistema di colore comune internazionale per le polveri CIE Lab (DIN 6174, ISO 10526 e ASTM 2244).
I risultati del test, dopo aver classificato il colore del film di rivestimento nell'ordine da sub-incremento a eccellente, possono essere visti come.
1, la formulazione di base 1 mostra una grave perdita di luce, anche se la resistenza al calore del pigmento è buona, ma dopo la formazione del film, l'analisi è che il pigmento è ossidato ad alta temperatura, e alcuni gruppi all'interno del pigmento reagiscono sotto l'azione dell'ossigeno.
2, il cambiamento di colore della formula 2 e della formula 3 è migliore rispetto alla formula 1, ma il miglioramento non è evidente, e la formula 3 ha un effetto migliore rispetto alla formula 2.
Dopo l'analisi, l'antiossidante ha impedito l'ulteriore ossidazione e ha reso minore il cambiamento di colore, e l'effetto dell'antiossidante 3 è risultato migliore di quello dell'antiossidante 2. Un'altra ragione potrebbe essere dovuta al fatto che entrambi sono ammine ostacolate, impediscono la produzione di gruppo colorante dopo l'ossidazione del pigmento, ma l'effetto non è buono, impedisce solo un'ulteriore reazione dopo l'ossidazione parziale, quindi l'effetto non può raggiungere il massimo.
3, la formulazione 4 è migliore della formulazione 3, ma non la migliore. Poiché l'antiossidante fosfito ha una buona capacità di protezione del colore, ha proprietà riducenti e può far sì che il pigmento ossidato ad alta temperatura si ripristini rapidamente, quindi ha un migliore effetto antiossidante.
4, l'effetto ottenuto dalla formula 5 è migliore di quello della formula 4. Questa formula utilizza l'antiossidante principale e l'antiossidante ausiliario insieme, quindi non solo blocca l'ulteriore ossidazione del pigmento, ma ripristina anche il gruppo ossidato in modo rapido, e l'antiossidante ausiliario può rendere più leggero il gruppo colorante prodotto dall'antiossidante principale, quindi ha un buon effetto sinergico.
5, l'uso della formulazione antiossidante composita 6 ha un effetto di conservazione del colore significativamente migliore rispetto alla formulazione 5. L'antiossidante 4 è una miscela di fosfito ad alta efficienza e antiossidante fenolico, e il rapporto appropriato tra i due ha un buon effetto antiossidante.
6, la formulazione 7 è migliore della formulazione 6 e l'effetto cromatico è sostanzialmente lo stesso del pigmento originale. Il dosaggio consigliato di antiossidante è compreso tra 0,5% e 1,0%, quindi il dosaggio della formulazione 6 è significativamente inferiore. Ciò dimostra che l'effetto cromatico si mantiene meglio dopo l'aumento del dosaggio dell'antiossidante composto.
7, la formulazione 8 mostra che nel processo di estrusione e polimerizzazione del rivestimento in polvere, l'uso di antiossidanti può inibire efficacemente la resina nel processo di degradazione ossidativa, migliorando la resistenza agli urti.
La formulazione con l'aggiunta di antiossidanti può aumentare il rapporto tra faccia e base, per ottenere le stesse prestazioni senza l'aggiunta di antiossidanti quando il rapporto tra faccia e base è minore. Questo perché l'aggiunta di antiossidanti riduce la tendenza alla decomposizione della resina in prodotti a basso peso molecolare, in modo che le grandi molecole di resina coprano meglio un maggior numero di cariche, mentre le prestazioni rimangono invariate.
8, i campioni di pellicola di rivestimento bianco della Formulazione 10 e della Formulazione 9 possono essere osservati, più gli antiossidanti possono inibire efficacemente la lavorazione dei rivestimenti in polvere e l'ingiallimento del processo di post-curing, migliorando le prestazioni del colore dei rivestimenti in polvere bianchi.
I risultati dei test sopra descritti dimostrano che, sebbene siano molti i fattori che influenzano la comparsa dell'ossidazione nel film di rivestimento, come la qualità e il tipo di resina, il pigmento, gli additivi, la formulazione del rivestimento, il processo di produzione, la temperatura, l'atmosfera, l'umidità e altri fattori naturali, l'applicazione di antiossidanti adeguati riduce l'insorgere di questa tendenza.
Ricerca sull'applicazione degli stabilizzatori della luce
La degradazione dei polimeri in presenza di luce e ossigeno è chiamata "degradazione foto-ossidativa". Gli stabilizzatori alla luce, noti anche come stabilizzatori UV, sono una classe di additivi stabilizzatori utilizzati per inibire la degradazione foto-ossidativa delle resine polimeriche e migliorare la resistenza agli agenti atmosferici dei film di verniciatura in polvere.
In base ai diversi meccanismi di stabilizzazione, gli stabilizzatori della luce possono essere suddivisi in agenti schermanti della luce, assorbitori UV, agenti di esplosione dello stato eccitato e agenti di cattura dei radicali liberi.
A causa della diversità e della complessità della formulazione della vernice in polvere, del processo di polimerizzazione e della forma di polimerizzazione, la conservazione della luce e la protezione dalla luce della vernice in polvere sono molto importanti.
In secondo luogo, lo stabilizzatore alla luce è molto efficace per l'invecchiamento alla luce del rivestimento e per prolungare la durata del film di rivestimento; la quantità è molto ridotta, generalmente solo 0,5%~1,0% della formulazione totale.
Pertanto, l'applicazione di stabilizzatori della luce nei rivestimenti in polvere per migliorarne l'esposizione agli agenti atmosferici è un metodo molto semplice, a basso costo e molto efficace.
Secondo la formula della Tabella 2, al rivestimento viene aggiunto uno stabilizzatore della luce e il campione di pellicola di rivestimento viene polimerizzato a spruzzo.
Le prestazioni applicative dello stabilizzatore alla luce sono valutate come segue.
1, la resistenza agli agenti atmosferici della polvere per interni è molto scarsa, ma l'aggiunta di stabilizzatori alla luce svolge un ruolo significativo.
2, le formulazioni A e D non vengono aggiunte allo stabilizzatore alla luce, il test mostra che sono significativamente peggiori rispetto al campione aggiunto allo stabilizzatore alla luce.
Le formulazioni 3, C e F mostrano che con l'aumento della quantità di stabilizzante alla luce, la ritenzione di luce e colore del film di rivestimento migliora significativamente.
4, i risultati dei test di cottura mostrano che lo stabilizzatore della luce non ha la capacità di resistere alla temperatura; per risolvere la resistenza alla temperatura del film di rivestimento è necessario aggiungere additivi anti-ingiallimento.
Ricerca sull'applicazione sinergica di antiossidanti e stabilizzatori della luce
Attraverso il test sopra descritto, possiamo capire che l'invecchiamento del film di rivestimento è in realtà il risultato dell'azione congiunta della luce ultravioletta e dell'ossigeno, e questo processo comprende due diversi processi di fotodegradazione e foto-ossidazione.
Tuttavia, gli stabilizzatori della luce e gli antiossidanti hanno meccanismi di stabilizzazione diversi sul film di rivestimento e la combinazione di due stabilizzatori con meccanismi d'azione diversi dovrebbe ottenere un effetto di stabilizzazione migliore rispetto a quello di un singolo stabilizzatore, ovvero un effetto sinergico.
Attualmente esistono stabilizzatori di questo tipo sul mercato, che rappresentano anche una tendenza allo sviluppo degli stabilizzatori. Ma l'effetto sinergico allo stesso tempo, due diversi stabilizzatori tra l'effetto additivo e antagonista apparirà anche.
Pertanto, nell'antiossidante e nello stabilizzatore della luce con una buona comprensione delle diverse reazioni tra i due è fondamentale, solo per padroneggiare l'effetto dei due con la reazione chimica potenziale, al fine di progettare un efficace antiossidante e stabilizzatore della luce con il sistema.
Mediante test di invecchiamento accelerato e di cottura sul film di rivestimento, è stato valutato l'effetto dell'aggiunta di antiossidanti e stabilizzatori della luce alla formulazione del rivestimento in polvere. Le formulazioni di prova e i risultati sono riportati nelle Tabelle 4 e 5.
Attraverso i risultati dei test, viene valutato lo stabilizzatore di luce.
1, l'aggiunta di stabilizzatore alla luce svolge un ruolo significativo nella resistenza agli agenti atmosferici della polvere, ma la resistenza all'ingiallimento del film di rivestimento non è cambiata.
2, lo stabilizzatore della luce e l'antiossidante hanno un effetto significativo sulla resistenza del film di rivestimento agli agenti atmosferici e sullo scolorimento, e la quantità di entrambi 1:1 è la migliore.
3. Lo stabilizzatore della luce e l'antiossidante hanno un effetto migliore nel sistema HAA.
L'uso di stabilizzatori della luce e antiossidanti non è così semplice come introdotto nell'articolo. L'effetto di diversi stabilizzatori della luce e antiossidanti deve essere confermato da ulteriori esperimenti in base alla teoria.
Conclusione
L'aggiunta di antiossidanti e stabilizzatori della luce ai rivestimenti in polvere può efficacemente inibire e ridurre il tasso di ossidazione termica e fotografica delle macromolecole polimeriche nella produzione e nell'applicazione dei rivestimenti in polvere, migliorare significativamente la resistenza al calore e alla luce del film di rivestimento, ritardare il processo di degradazione e invecchiamento del film di rivestimento e prolungarne la durata.
Gli stabilizzatori della luce e gli antiossidanti utilizzati nelle vernici in polvere ad alte prestazioni, se utilizzati correttamente, avranno un effetto sinergico, migliorando significativamente le proprietà di resistenza agli agenti atmosferici della pellicola di vernice in polvere, in particolare della pellicola di vernice in polvere Super-Duable.
Se utilizzati in modo improprio, si avrà un effetto additivo o addirittura antagonista, che farà diminuire la stabilità del film di rivestimento. La tendenza degli stabilizzatori si svilupperà nella direzione della multifunzionalità.